风力发电网侧变流器控制策略研究

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1、风力发电网侧变流器控制策略研究摘要风力发电作为一种有效的可再生能源利用形式，近年来越来越受到关注，网侧变流器在风电机组运行过程中一直扮演着很重要的角色。本文围绕网侧变流器的控制展开研究，以带LCL型滤波器的三相电压型PWM变流器（LCL-VSC）拓扑作为网侧变流器研究对象。首先在平衡电网条件下建立了LCL-VSC的三相静止和两相旋转坐标系下的数学模型，为控制策略分析和控制系统设计提供了理论依据。提出了风力发电应用中具有LCL滤波器的网侧变流器的一种多环控制结构，该结构采用电压外环外加三个逐层利用的电流内环，实现稳定的直流电压以及电流的前馈解耦

2、和单位功率因数控制。同时，给出了基于复功率理论的电容电压估计方法，减少了传感器数量。为了在电网不平衡条件下对LCL-VSC有效的控制，必须计算不平衡的正负序相位。本文提出了一种新颖的基于电网不平衡的锁相思路，既可以计算正序相位角也可以计算负序相位角，用于LCL--VSC的不平衡控制。这种方案的主要思路是：先从不平衡电网中提取出正负序分量，然后对正负序三相电压采用SFR-SPLL分别锁相，计算出正负序相位角。建立了在不平衡电网条件下LCL-VSC的数学模型，三相静止和两相旋转坐标系下的数学模型。给出了基于LCL滤波器的不平衡电流指令算法。按照不

3、同的控制要求，可以分别实现了电网不平衡时网侧电流对称控制，或者抑制直流侧二次纹波控制。完成了15kVA的LCL-VSC实验样机平台的搭建和调试。通过仿真和实验结果验证了理论分析与设计的正确性。关键词：风力发电；LCL；VSC；不平衡；多环控制ResearchonControlStrategyofGrid-sideConverterforWindPowerGenerationABSTRACTThewindpowergenerationisakindofeffectiverenewableenergysource,whichisreceivedm

4、oreandmoreattentioninrecentyears.Thegrid-sideconverterplaysaveryimportantroleinthewindpowergeneration.Thisthesisdoessomeresearchoncontrolstrategyofthegrid-sideconverter,takingthree-phasevoltagesourcePWMconverterwithLCLfilter(LCL-VSC)astheobjectofstudy.Firstly,underthebalanc

5、edvoltagecondition,LCL-VSCmathematicalmodelisestablishedinthethree-phasestaticandtwo-phaserotatecoordinates,toprovidethetheoryforthecontrolstrategyanalysisandthecontrolsystemdesign.ThenamultiloopcontrolschemeisproposedforLCL-VSC.Withinthisscheme,3cascadedinnercurrentloopsal

6、ongwithanoutervoltageloopareusedtoachievestabledc-linkvoltage,currentsdecouplingandfeedforward,aswellastheunitypowerfactorcontrol.Withthisscheme,thecapacitorvoltageestimationisperformedwithcomplexpowertheoryresultingtheomissionofthetransducersforthecapacitorvoltagemeasureme

7、nt.TocontroltheLCL-VSCeffectivelyunderunbalancedgridcondition,thepositiveandnegativesequencephaseshouldbecalculated.Thisthesisproposedanovelphaselockedloop(PLL)basedontheunbalancedgridcondition,whichmaycalculatethepositivesequencephaseangleandthenegativesequencephaseangle,u

8、sedforLCL-VSCunbalancedcontrol.Themainideaofthismethodisfirsttodrawtheposiveandneg